医学研究的统计学设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,医学研究的统计学设计,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Today:,*,*,医学研究的统计学设计,医学研究的统计学设计,内容提要,一、研究设计的重要性,二、研究设计的基本类型,三、研究设计的基本要素,四、实验设计的基本原则,医学研究的统计学设计,一、研究设计的重要性,专业设计,：选题、查阅文献、假说、预试验,统计设计,：研究对象（分组、设置对照、样本含量）、处理因素、观察指标、数据的质量控制与管理、统计分析方法,设计好,：（1）既省又可靠,（2）可估计和控制误差,（3）获取多方面知识,设计不好,：（1）杂乱无章、虽多犹无,（2）只能罗列现象、无规律可言,医学研究的统计学设计,二、研究设计的基本类型,1.实验(,Experiment)研究 (干预),受试对象：人,临床试验,（clinical trial）,动物,动物实验,（,animal experiment,）,临床试验：治疗,临床疗效实验,预防,社区干预实验,（community intervention trial）,2.调查(,Survey)研究 (无干预),被动地观察、如实记录,医学研究的统计学设计,两种研究类型的区别与联系,医学研究的统计学设计,三、研究设计的基本要素,（一）处理因素(treatment factor),（二）受试对象(subject),（三）实验效应(experimental effect),降压药,高血压病人,血压值,处理因素,受试对象,实验效应,其他因素,其他效应,医学研究的统计学设计,例：药剂、手术方法、毒物,确定处理因素的注意事项:,（1）抓住实验中的主要因素,（2）明确处理因素和非处理因素,病人对治疗的反应除了治疗因素外，还包括病人的心理状态、生产、生活条件及社会心理因素等。后者可称为非处理因素。,（3）处理因素须标准化,处理因素在整个试验过程中保持不变,例如，不同时期的药物批号，手术操作者熟练程度。,（一）处理因素(treatment factor),医学研究的统计学设计,（二）受试对象(subject),例：人、动物,1.受试对象的选入标准,明确规定受试对象选入标准（eligibility criteria）：纳入标准（inclusion criteria）、排除标准（exclusion criteria）,2.,受试对象的控制,（1）受试对象的一致性,人,年龄、性别、病情、病程等,动物,种系、年龄、性别、体重等,（2）受试对象影响因素的控制,季节、温度、湿度、生活环境、嗜好、试验辅助措施等。,医学研究的统计学设计,（三）实验效应(experimental effect),处理因素作用于受试对象的结果，通过观察指标表达。,观察指标,应客观、精确。,1.,客观性：,主观指标和,客观,指标。,2.,精确性：,准确度,(accuracy)或真实性(validity)观察值与真实值的接近程度，受,系统误差,的影响。,常用指标：,灵敏度、特异度,精密度,(precision)或可靠性（reliabiliy）或重复性（repeatability）重复观察时观察值与其均值的接近程度，受,随机误差,的影响。,常用指标：,Kappa值、一致百分率,医学研究的统计学设计,准确度与精密度,医学研究的统计学设计,四、实验设计的基本原则,（一）随机化原则（randomization）,（二）对照原则(control),（三）重复原则(replication),医学研究的统计学设计,（一）随机化原则,随机分组,：每个受试对象以机会均等的原则被随机地分配到各个处理组中。,随机抽样,：总体中每一个观察单位以机会均等的可能性被抽取。,1.随机化的意义,（,1）随机分组使两组样本在非处理因素方面尽可能一致，使处理因素产生的效应更加客观；,（2）随机抽样使抽取的样本具有代表（总体）性，减少误差；,（3）抽样研究理论和统计分析方法的需要。,医学研究的统计学设计,随机与随意,随机：random 机会均等，客观性,随意：as will 随主观意愿，主观性,随机化分组，不仅能控制已知的混杂因素(非研究因素)，而且还能控制未知的混杂因素。,医学研究的统计学设计,随机的三个含义,分组随机均衡性,每个研究对象有同等机会被分配到各处理组,抽样随机代表性,总体中每个观察个体有同等机会被抽取,实验顺序随机平衡顺序或季节的影响,每个研究对象先后接受,处理的机会相同。,医学研究的统计学设计,2.随机化的方法,(1),抛硬币法 “徽”与“字”,(2),掷骰子法 6面 16 点,(3),抽签法 （捻阄）,(4)随机数字表法（,随机数字法,）,（5）计算器(计算机)产生随机数,医学研究的统计学设计,几种不同设计类型的随机化分组：,（1）完全随机实验设计,（2）配对实验设计,（3）随机区组实验设计,（4）交叉设计,医学研究的统计学设计,完全随机实验设计,（completely random experiment design）,将观察单位完全随机地分配到实验组与对照组或几个对比组中去。,【例1】设有同性别的动物12头，要求用随机方法将其分为甲、乙两组。,医学研究的统计学设计,方法,（1）,编号,：按,动物体重,依次编号为1,2,3,12号。,（2）,产生随机数字,：对于每一个编号，依次由计算器（计算机）产生随机数（共12次）。,（3）,归组,：事先规定将较小随机数的6只动物分入甲组，其他6只动物分入乙组。,医学研究的统计学设计,医学研究的统计学设计,Data,a;,%Let,n=12;/*sample sizes*/,Do,i=,1,to,If,In/,2,then,group=,1,;,Else,group=,2,;,Output,;,End,;,Proc,plan,Seed,=,1234567898,;,Factors,i=,Output,data,=a,out,=b;,Proc,sort,data,=b;,By,group;,Proc,print,data,=b;,Run,;,SAS 程序,医学研究的统计学设计,The PLAN Procedure,Factor Select Levels Order,i 12 12 Random,-i-,1 8 4 7 3 5 9 11 10 12 2 6,Obs i group,1 1 12 8 1,3 4 1,4 7 1,5 3 1,6 5 1,7 9 2,8 11 2,9 10 2,10 12 2,11 2 2,12 6 2,SAS 输出结果,医学研究的统计学设计,【例2】,将【例1】中的12头动物用随机方法分配到甲、乙、丙三组中去。,医学研究的统计学设计,方法,（1）,编号,：按,动物体重,依次编号为1,2,3,12号。,（2）,产生随机数字,：对于每一个编号，依次由计算器（计算机）产生随机数（共12次）。,以上两点与分成两组完全相同。,（3）,归组,：事先规定将较小随机数的4只动物分入甲组，将较大随机数的4只动物分入丙组，其他4只动物分入乙组。,医学研究的统计学设计,医学研究的统计学设计,SAS 程序,Data,a;,%Let,n=12;/*sample sizes*/,Do,i=,1,to,If,I=&n/,3,then,group=,1,;,Else,if,&n/,3,I=,2,*&n/,3,then,group=,2,;,Else,group=,3,;,Output,;,End,;,Proc,plan,Seed,=,1234567898,;,Factors,i=,Output,data,=a,out,=b;,Proc,sort,data,=b;,By,group;,Proc,print,data,=b;,Run,;,医学研究的统计学设计,The PLAN Procedure,Factor Select Levels Order,i 12 12 Random,-i-,1 8 4 7 3 5 9 11 10 12 2 6,Obs i group,1 1 1,2 8 1,3 4 1,4 7 1,5 3 2,6 5 2,7 9 2,8 11 2,9 10 3,10 12 3,11 2 3,12 6 3,SAS 输出结果,医学研究的统计学设计,配对实验设计,(paired experiment design),配对实验设计的两种情况：,1.,同源配对,：,同一受试对象,用两种不同的实验方法；受试对象自身实验前后的对比,。,2.,非同源配对,：将具有相同条件的,实验对象,配成对子。,医学研究的统计学设计,【例3】将已按近似条件配好的10对小白鼠，用随机方法分配到实验组和对照组。,方法,（1）,编号,：对小白鼠进行,对子编号,，同时每个,对子内,的二只小白鼠也分别编号。,（2）,产生随机数字,：对于每一组合编号，依次由计算器（计算机）产生随机数（共20个）。,（3）,归组（对子内两只小白鼠的随机）,：事先规定每个对子内随机数字较小者分配到对照组；随机数字较大者分配到实验组。,非同源配对,随机化分组,医学研究的统计学设计,医学研究的统计学设计,Proc,plan,Seed,=,8546793122,;,Factors,pair=,10,ordered,treat=,2,random,;,Output,out,=b;,Run,;,SAS 程序,医学研究的统计学设计,The PLAN Procedure,Factor Select Levels Order,pair 10 10 Ordered,treat 2 2 Random,pair -treat-,1 1 2,2 1 2,3 2 1,4 1 2,5 2 1,6 1 2,7 2 1,8 2 1,9 1 2,10 1 2,SAS 输出结果,对照组,实验组,医学研究的统计学设计,随机区组实验设计,(randomized block experiment design),（1）将多方面条件相近的受试对象配成一组，称作一个区组（block）。,（2）,每个区组的受试对象,个数 取决于,对比组,组数。,(3),每个区组的受试对象,被,随机,地分配到各,对比组,中。,配对设计的扩展，故又称,配伍组设计,医学研究的统计学设计,【例4】将【例1】中的12头动物设计分为三个区组，进行四种处理的比较。,方法,（1）,编号,：对12头动物进行,区组编号,，同时每个,区组内,的四头动物也分别编号。,（2）,产生随机数字,：对于每一组合编号，依次由计算器（计算机）产生随机数（共12个）。,（3）,归组（区组内四头动物的随机）,：事先规定每一个区组内随机数字由小到大对应动物分别分配到甲、乙、丙、丁处理组。,医学研究的统计学设计,医学研究的统计学设计,Proc,plan,Seed,=,8546793122,;,Factors,block=,3,ordered,treat=,4,random,;,Output,out,=b;,Run,;,SAS 程序,医学研究的统计学设计,The PLAN Procedure,Factor Select Levels Order,block 3 3 Ordered,treat 4 4 Random,block -treat-,1 1 2 3 4,2 4 1 3 2,3 3 1 2 4,SAS 输出结果,甲处理组,乙处理组,丙处理组,丁处理组,医学研究的统计学设计,交叉设计,(cross-over experiment design),每个受试者随机地在两个或多个,不同试验阶段,分别接受指定的处理(试验药或对照药)。,同源配对设计的扩展,优点：,（,1）控制个体间的差异，（2）减少受试者人数。,医学研究的统计学设计,交叉设计,(cross-over experiment design),随机化分组,1组,2组,医学研究的统计学设计,交叉设计,(cross-over experiment design),1组,2组,医学研究的统计学设计,【例5】某研究者拟采用交叉设计观察A、B两种药物治疗18例高血压病患者的疗效。,1.随机数字法,（1）,编号,：将受试者分别编号为1、2、3、4、17、18号。,（2）,产生随机数字,：由计算器（计算机）产生18个随机数。,（3）,归组,：随机数字较小的一半患者先用A药后用B药；较大的一半患者先用B药后用A药。,医学研究的统计学设计,医学研究的统计学设计,SAS 程序,Data,a;,%Let,n=18;/*sample sizes*/,Do,i=,1,to,If,I=&n/,2,then,group=,1,;,Else,group=,2,;,Output,;,End,;,Proc,plan,Seed,=,1234567898,;,Factors,i=,Output,data,=a,out,=b;,Proc,sort,data,=b;,By,group;,Proc,print,data,=b;,Run,;,医学研究的统计学设计,The PLAN Procedure,Factor Select Levels Order,i 18 18 Random,-i-,1 11 5 9 4 3 12 14 2 16 8 15 10 17 7 6 13 18,Obs i group,1 1 1,2 11 1,3 5 1,4 9 1,5 4 1,6 3 1,7 12 1,8 14 1,9 2 1,10 16 2,11 8 2,12 15 2,13 10 2,14 17 2,15 7 2,16 6 2,17 13 2,18 18 2,SAS 输出结果,医学研究的统计学设计,（二）对照原则,1.对照的意义：,区分处理因素与非处理因素的效应，是,比较,的必要基础,药物治疗,例:老年性慢性支气管炎,气候,转暖,自然缓解,消除和减少实验误差,处理组,：,对照组,：,处理因素,非处理因素,+,处理效应,+,非处理效应,非处理因素,非处理效应,处理因素,处理效应,比较结果,医学研究的统计学设计,2.对照的形式,(1)空白对照(blank control)：,对照组不加任何,处理因素,。,例如：实验组儿童接种疫苗，对照组儿童不接种疫苗。,试剂空白、血样空白、无酶解空白、底物空白等。,特点：,简单易行，但容易引起心理差异，从而影响实验效应的测定。,安慰剂对照,(placebo control),包括：空白对照、实验对照、标准对照、自身对照、相互对照、历史对照,医学研究的统计学设计,(2),实验对照(experimental control)：,施加基础实验条件（非处理因素，如面包、烟薰剂）,。,含,赖氨酸,面包,+非处理因素,赖氨酸,效应,+,面包效应,+,非处理因素效应,面包,+非处理因素,面包效应,+,非处理因素效应,赖氨酸 赖氨酸,效应,中草药,+烟薰剂 与 单纯烟薰剂,-空气灭菌,2.对照的形式,医学研究的统计学设计,(3)标准,对照(standard control),：,以现有的标准或正常值作对照。,例,新方法,与,传统方法,患者,生理、生化指标,与,正常人,生理、生化指标,实验室应用较多,2.对照的形式,医学研究的统计学设计,(4),自身,对照（self-control）,：,实验,在同一受试对象上进行,（同源配对设计、交叉设计）,特点：,简单易行，使用广泛。,假定试验前后某些环境或自身因素保持不变。,2.对照的形式,医学研究的统计学设计,(5)相互,对照（inter-control）,：,几个实验组互相作为对照,例如：比较,几种药物,治疗同一疾病的疗效,2.对照的形式,医学研究的统计学设计,(3),历史,对照,：,以过去的研究结果作对照。,与本人或他人过去的研究结果作比较,不好！,2.对照的形式,医学研究的统计学设计,3.设立对照应注意的事项,(1)均衡,对照组与实验组 除研究因素外，其他因素应尽可能相同,(2)同步,对照组与实验组 应处于,同一空间,和,同一时间,医学研究的统计学设计,4.设立对照存在的问题,(1)缺乏对照,(2)缺乏适当的对照:历史对照,（时间不同步）,和 中外对照,（空间不同步）,(3)对照不全,(4)对照多余,医学研究的统计学设计,(三),重复的原则,重复,(replication)是指各处理组与对照组要有一定,样本含量,(sample sizes)。,无限地,增加样本含量,，将加大实验规模，延长实验时间，浪费人力物力，反而增加系统误差出现的可能性。,样本含量不足,，检验效能（Power，1,）偏低，总体参数之间原本有差异也无法检验出来。,医学研究的统计学设计,影响样本含量大小的因素,：,资料的性质：计量,少，计数,多,2.,误差的大小：小,少，大,多,3.,均衡性的好坏 ：好,少，坏,多,4.,实验效应的强弱：强,少，弱,多,5.,干扰因素的多少：少,少，多,多,样本含量的估计时，以上很多因素无法定量，所以通常是由犯,I,类错误的概率,、检验出实际差异的把握度,1,、个体值间的离散程度,s,、以及容许误差,d,来确定,样本含量,。,医学研究的统计学设计,五、抽样方法,常用的抽样方法,1.,单纯随机抽样 2.系统抽样,3.分层抽样 4.整群抽样,医学研究的统计学设计,1.单纯随机抽样,(simple random sampling),先将总体的全部观察对象编号，再利用抽签或随机数字表的方法随机抽取观察对象组成样本。最基本的抽样方法,其他抽样方法的基础,优点：计算误差比较简便；,缺点：对象较多时，甚为复杂。,医学研究的统计学设计,抽样步骤,：,（1）先将全校学生按点名册,编号,，即编号为1、2、499、500；,（2）对每个编号,产生一个随机数字（共500个随机数）,（3）事先规定随机数较,大（小）,的50人组成样本。,例，调查某中学学生的血红蛋白含量，在全体500名学生中，随机抽取10%，即抽取50人。,医学研究的统计学设计,2.系统抽样,(systematic sampling),按照一定的顺序，机械地每隔若干个单位抽取一个单位的方法。,又称,间隔抽样,，,机械抽样,如按门牌号，每个10个号抽取用户，。,优点：节省抽样时间和费用。,缺点：在某些特殊情况下存在偏性。,医学研究的统计学设计,例：欲从15000名儿童中，抽取750名组成样本。,（1）,求抽样间隔,1500075020/1，即每间隔20人抽取1个人；,（2）,抽样,编号，确定在120号之间从何编号开始。然后每加 上20抽取1名儿童。,例如起始数字为8，则第8，28，48，68，号儿童即构成所抽取的样本。,医学研究的统计学设计,3.,分层抽样,(stratified sampling),先按某种特征将总体分为若干组别、类型或区域等（统称为“层”），再用随机抽样的方法从每个子总体中抽取样本。要求“层内齐同，层间不同”。,比例分层法，最优分层法,优点：抽样误差小，不同层可采用不同抽样方法，各层可独立进行分析，各层间可进行比较分析。,缺点：分层较多时，调查和分析较麻烦。,医学研究的统计学设计,4.整群抽样(cluster sampling),按群体而不是按个体抽取观察单位的抽样方法。,优点：在大规模调查中，易于组织，节省人力物力。,缺点：抽样误差大。,各种抽样方法的抽样误差顺序：,分层系统单纯整群,医学研究的统计学设计,六、系统误差与控制方法,误差,(error)：,实测值与真值之差。,随机误差：,抽样误差,不恒定、随机、变化,非随机误差,非系统误差：过失误差,系统误差,：方向性,医学研究的统计学设计,（一）系统误差定义,系统误差,(systematic error),在一定实验条件下，由某种未发现或未确定的因素所引起观测值具有,方向性,和,系统性,的误差，又称,偏倚,（bias）,。,医学研究的统计学设计,（二）产生系统误差的常见原因,仪器差异，方法差异，试剂差异，条件差异，顺序差异，人为差异,（三）系统误差类型及其控制,类 型 发生阶段 控 制,选择偏倚 设 计 随机化,测量偏倚 实 施 盲 法,混杂偏倚 分 析 配对、分层医学研究的统计学设计,七、盲法及其作用,（一）盲法的定义和分类,定义,：研究中使一方或多方不知道受试者治,疗分配的方法。,分类,：,1.,单盲(simple blind)受试者不知,道己接受何种措施；,2.双盲(double blind)受试者和观,察者均不知道受试者接受何种措施。,医学研究的统计学设计,（二）盲法的作用及注意事项,作用,：消除非处理因素引起的误差。,注意事项,：,1.,双盲法的实施较为复杂，要有一套严格的,管理和监督措施。,2.,对于危急和重症病人不能采用盲法。,医学研究的统计学设计,总 结,一、研究设计的重要性,二、研究设计的基本类型：,实验设计，调查设计,三、研究设计的基本要素三要素,处理因素，受试对象，试验效应,四、实验设计的基本原则三原则,随机化原则，对照原则，重复原则,医学研究的统计学设计,随机化原则,（1）完全随机实验设计,（2）配对实验设计,（3）随机区组实验设计,（4）交叉设计,编号，,取随机数字，归组,对照原则：,1.,空白对照 2.实验对照,3.标准对照 4.相互对照,5.自身对照,重复原则,医学研究的统计学设计,五、抽样总体与抽样方法,常用的抽样方法,1单纯随机抽样,2系统抽样 （间隔抽样，机械抽样）,3分层抽样 4整群抽样,六、系统误差与控制方法,定义，原因，控制,七、盲法及其作用,定义，分类，作用，注意事项,医学研究的统计学设计,作业:,有12只小白鼠,请按随机化方法将其:,1.分为A、B二个组进行实验；,2.分为A、B、C三个组进行实验；,3.设计分为3个区组，进行四种处理比较。,医学研究的统计学设计,